Struttura e dinamica di popolazione di Axinella polypoides (Schmidt, 1862) (Porifera, Demospongiae) presso l’Isola Gallinara (SV)

I poriferi rappresentano un importante campo di ricerca anche in ambito applicativo in quanto potenzialmente utili come fonte di metaboliti secondari da impiegarsi in ambito clinico (antitumorali, antibiotici, antivirali, ecc.) e industriale (antifouling). I processi di biosilicificazione interessano invece per aspetti legati alle biotecnologie marine. Questo Phylum ha un importante ruolo strutturale e funzionale nell’ecologia dei popolamenti bentonici, in quanto può essere dominante in numerosi habitat e svolgere un ruolo ecologico fondamentale nelle dinamiche degli ecosistemi marini. Per questo, la variazione spaziale e temporale della loro abbondanza può avere effetti considerevoli su altri membri della comunità. Lo studio delle dinamiche di popolazione e del ciclo riproduttivo dei poriferi potrebbe permettere di valutare come i cambiamenti climatici ne influenzino la crescita e la riproduzione e potrebbe quindi fornire una base per lo sviluppo di corrette tecniche di gestione ambientale. La spugna Axinella polypoides è inserita all’interno delle liste di protezione della Convenzione di Berna e di Barcellona, dove sono elencate le specie da proteggere perché minacciate o in pericolo di estinzione. Questa specie, avendo una morfologia eretta, è fortemente minacciata soprattutto da attività antropiche quali pesca e ancoraggi, ma nonostante questo la letteratura relativa ad essa è scarsa, La sua importanza è legata soprattutto al recente utilizzo come modello per numerosi esperimenti. A. polypoides rappresenta, infatti, il più basso livello nella scala evolutiva in cui sono stati rinvenuti meccanismi biochimici cellulari di reazione all’aumento di temperatura (incremento dell’attività ADP-ribosil ciclasica, sintesi di ossido nitrico) tipici degli organismi superiori. Lo scopo di questa tesi è di aumentare le conoscenze sull’ecologia e sulla biologia di questo porifero, al fine di consentire una migliore predisposizione di eventuali piani di tutela. Dallo studio delle colonie effettuato presso l’Isola Gallinara (SV), emerge una dinamica di crescita lenta ed un ciclo riproduttivo estivo, coerentemente con quanto osservato per altre specie mediterranee del genere Axinella. Le analisi istologiche effettuate hanno mostrato variabilità temporale nella densità e nella dimensione di particolari cellule sferulose, che si ipotizza siano collegate a fenomeni di proliferazione cellulare e rigenerazione in seguito a danni. È stata individuata inoltre la presenza di una particolare tipologia cellulare dendritica la cui funzione si ritiene abbia affinità con le funzioni sensoriali di Phyla superiori. Queste osservazioni, e l’evidente vulnerabilità della specie agli impatti antropici, hanno evidenziato la necessità di sviluppare adeguati piani di monitoraggio e di conservazione.

Diversità della fauna associata di Geodia cydonium (demospongiae: geodidae) in Mediterraneo

È ormai noto che numerosi organismi marini, dalle alghe unicellulari ai pesci coabitino con diverse specie di spugne, con un rapporto che varia, secondo i casi, dal semplice inquilinismo facoltativo alle più complesse simbiosi obbligate. All’interno di molte spugne si trovano degli endobionti, alcuni organismi rappresentano degli ospiti puramente occasionali, altri manifestano una notevole costanza e l’esistenza in associazione alla spugna sembra rappresenti la norma. In Adriatico settentrionale, nell’area compresa tra Grado ed il delta del fiume Po, sono presenti degli affioramenti rocciosi organogeni carbonatici che prendono il nome di tegnùe. In questi affioramenti è stata riscontrata una grande varietà di specie macrobentoniche sia sessili che vagili. Tra queste specie, è presente con elevate abbondanze e grandi dimensioni, fuori dal comune, la spugna massiva Geodia cydonium, oggetto del nostro studio. Lo scopo del presente lavoro è di caratterizzare la diversità della fauna associata alla demospongia Geodia cydonium, cercando di mettere in evidenza l’importante ruolo ecologico legato proprio all’elevato numero di inquilini che ospita. Sono stati prelevati campioni di spugna, con la relativa fauna associata, da tre siti presenti all’interno della Zona di Tutela Biologica di Chioggia. Date le grandi dimensioni degli esemplari e per non danneggiare la popolazione naturale di questa rara specie protetta, sono stati prelevati in immersione delle porzioni di spugna, incidendo verticalmente gli esemplari. Nei campioni sono stati riscontrati 28 taxa, tra cui prevalgono per abbondanza i policheti come Ceratonereis costae e Sphaerosyllis bulbosa e piccoli crostacei come Apseudopsis acutifrons e Leptochelia savignyi. Per molte specie prevalgono individui giovanili rispetto agli adulti. L’abbondanza e la ricchezza dei popolamenti associati alla spugna non risultano variare ne tra i siti di campionamento ne in relazione alle dimensioni degli esemplari da cui provengono i campioni. Questo fa supporre che la spugna crei un ambiente ideale per alcune specie, almeno nelle fasi giovanili, creando così associazioni relativamente stabili, più di quanto non sia la naturale variabilità dei popolamenti circostanti. Queste relazioni meritano di essere approfondite, investigando i cicli vitali e i comportamenti delle singole specie.

Impact of ocean acidification on phytoplankton growth and aggregation

Since the industrial revolution, the ocean has absorbed around one third of the anthropogenic CO2, which induced a profound alteration of the carbonate system commonly known as ocean acidification. Since the preindustrial times, the average ocean surface water pH has fallen by 0.1 units, from approximately 8.2 to 8.1 and a further decrease of 0.4 pH units is expected for the end of the century. Despite their microscopic size, marine diatoms are bio-geo-chemically a very important group, responsible for the export of massive amount of carbon to deep waters and sediments. The knowledge of the potential effects of ocean acidification on the phytoplankton growth and on biological pump is still at its infancy. This study wants to investigate the effect of ocean acidification on the growth of the diatom Skeletonema marinoi and on its aggregation, using a mechanistic approach. The experiment consisted of two treatments (Present and Future) representing different pCO2 conditions and two sequential experimental phases. During the cell growth phase a culture of S. marinoi was inoculated into transparent bags and the effect of ocean acidification was studied on various growth parameters, including DOC and TEP production. The aggregation phase consisted in the incubation of the cultures into rolling tanks where the sinking of particles through the water column was simulated and aggregation promoted. Since few studies investigated the effect of pH on the growth of S. marinoi and none used pH ranges that are compatible with the OA scenarios, there were no baselines. I have shown here, that OA does not affect the cell growth of S. marinoi, suggesting that the physiology of this species is robust in respect to the changes in the carbonate chemistry expected for the end of the century. Furthermore, according to my results, OA does not affect the aggregation of S. marinoi in a consistent manner, suggesting that this process has a high natural variability but is not influenced by OA in a predictable way. The effect of OA was tested over a variety of factors including the number of aggregates produced, their size and sinking velocity, the algal, bacterial and TEP content. Many of these variables showed significant treatment effects but none of these were consistent between the two experiments.

Ecological modelling of the phytoplankton dynamics in the northern Gulf of Aqaba (Red Sea)

The Gulf of Aqaba represents a small scale, easy to access, regional analogue of larger oceanic oligotrophic systems. In this Gulf, the seasonal cycles of stratification and mixing drives the seasonal phytoplankton dynamics. In summer and fall, when nutrient concentrations are very low, Prochlorococcus and Synechococcus are more abundant in the surface water. This two populations are exposed to phosphate limitation. During winter mixing, when nutrient concentrations are high, Chlorophyceae and Cryptophyceae are dominant but scarce or absent during summer. In this study it was tried to develop a simulation model based on historical data to predict the phytoplankton dynamics in the northern Gulf of Aqaba. The purpose is to understand what forces operate, and how, to determine the phytoplankton dynamics in this Gulf. To make the models data sampled in two different sampling station (Fish Farm Station and Station A) were used. The data of chemical, biological and physical factors, are available from 14th January 2007 to 28th December 2009. The Fish Farm Station point was near a Fish Farm that was operational until 17th June 2008, complete closure date of the Fish Farm, about halfway through the total sampling time. The Station A sampling point is about 13 Km away from the Fish Farm Station. To build the model, the MATLAB software was used (version 7.6.0.324 R2008a), in particular a tool named Simulink. The Fish Farm Station models shows that the Fish Farm activity has altered the nutrient concentrations and as a consequence the normal phytoplankton dynamics. Despite the distance between the two sampling stations, there might be an influence from the Fish Farm activities also in the Station A ecosystem. The models about this sampling station shows that the Fish Farm impact appears to be much lower than the impact in the Fish Farm Station, because the phytoplankton dynamics appears to be driven mainly by the seasonal mixing cycle.

Catch and by-catch analyses of tropical tuna fishery in the Gulf of Guinea from 2010 to 2012.

Canned tuna is one of the most widespread and recognizable fish commodities in the world. Over all oceans 80% of the total tuna catches are caught by purse seine fishery and in tropical waters their target species are: yellowfin (Thunnus albacares), bigeye (Thunnus obesus) and skipjack (Katsuwonus pelamis). Even if this fishing gear is claimed to be very selective, there are high levels of by-catch especially when operating under Fish Aggregating Devices (FADs). The main problem is underestimation of by-catch data. In order to solve this problem the scientific community has developed many specific programs (e.g. Observe Program) to collect data about both target species and by-catch with observers onboard. The purposes of this study are to estimate the quantity and composition of target species and by-catch by tuna purse seiner fishery operating in tropical waters and to underline a possible seasonal variability in the by-catch ratio (tunas versus by-catch). Data were collected with the French scientific program ”Observe” on board of the French tuna purse seiner “Via Avenir” during a fishing trip in the Gulf of Guinea (C-E Atlantic) from August to September 2012. Furthermore some by-catch specimens have been sampled to obtain more information about size class composition. In order to achieve those purposes we have shared our data with the French Institute of Research for the Development (IRD), which has data collected by observers onboard in the same study area. Yellowfin tuna results to be the main specie caught in all trips considered (around 71% of the total catches) especially on free swimming schools (FSC) sets. Instead skipjack tuna is the main specie caught under FADs. Different percentages of by-catch with the two fishing modes are observed: the by-catch incidence is higher on FADs sets (96.5% of total by-catch) than on FSC sets (3.5%) and the main category of by-catch is little-tuna (73%). When pooling data for both fishing sets used in purse seine fishery the overall by-catch/catch ratio is 5%, a lower level than in other fishing gears like long-lining and trawling.

Ruolo ecologico di Ficopomatus enigmaticus (Polychaetae: Serpulidae) nelle lagune dell’Oristanese.

Gli agglomerati calcarei costruiti dalla specie invasiva Ficopomatus enigmaticus, polichete serpulide, possono influenzare i sistemi lagunari e produrre effetti negativi per la pesca e alterazioni nell’ambiente. Le lagune di Corru S’Ittiri (CI), San Giovanni-Marceddì (GM) e Santa Giusta (SG) sono state studiate al fine di definire le condizioni ecologiche che favoriscono le formazione delle costruzioni biogeniche di F. enigmaticus. In questo lavoro sono riportati i risultati preliminari, osservati in ogni laguna, sulle caratteristiche del sedimento (granulometria, sostanza organica e carbonati) e della comunità macrozoobentonica (abbondanza, biomassa e diversità), in due condizioni contrastanti: presenza e assenza dei reef, in due tempi di campionamento (maggio e ottobre 2012). I campioni di sedimento sono stati prelevati esclusivamente nel primo tempo di campionamento. La granulometria dei sedimenti era differente nelle tre lagune: CI e SG si sono rivelate più sabbiose, mentre GM era più fangosa. Sono stati osservati diversi valori nei contenuti di sostanza organica e carbonati senza rivelarsi significativamente diversi. Nel primo tempo di campionamento l’abbondanza di zoobentos varia tra le zone di presenza (P) e le zone di assenza (A) dei reef; in CI l’abbondanza è maggiore in P rispetto ad A, mentre in GM e SG invece è maggiore in A rispetto a P. La stessa situazione si verifica nel secondo tempo di campionamento. La biomassa, al tempo uno, è risultata maggiore nelle zone P rispetto alle zone A in CI e SG; in GM le zone A la biomassa è risultata maggiore rispetto a P. Nel secondo tempo di campionamento i valori risultano maggiori in P rispetto ad A in CI e GM; valori maggiori in A rispetto a P si sono riscontrati in SG. Importante da evidenziare la presenza di un altro costruttore di barriere, Hudroides dianthus, con abbondanze superiori rispetto a quelle di F. enigmaticus in particolare in CI e SG. Sono stati anche trovati diversi individui di Musculista sonhousia in CI e GM. M. senhousia è noto come specie invasiva in molte lagune del Mediterraneo ed è stato recentemente individuato nella zone di Oristano. Questo lavoro ha dimostrato come le caratteristiche dei sedimenti lagunari, la struttura della comunità macrozoobentonica, così come la natura e l’abbondanza delle specie costruttrici di reef può variare tra le lagune e le diverse zone delle lagune. È importante indagare sulle condizioni chimico-fisiche e idrodinamiche delle singole lagune per capire cosa influenza il reale sviluppo dei reef dei biocostruttori.

Changes in the microbial community based on seawater pH variations

Ocean acidification is an effect of the rise in atmospheric CO2, which causes a reduction in the pH of the ocean and generates a number of changes in seawater chemistry and consequently potentially impacts seawater life. The effect of ocean acidification on metabolic processes (such as net community production and community respiration and on particulate organic carbon (POC) concentrations was investigated in summer 2012 at Cap de la Revellata in Corsica (Calvi, France). Coastal surface water was enclosed in 9 mesocosms and subjected to 6 pCO2 levels (3 replicated controls and 6 perturbations) for approximately one month. No trend was found in response to increasing pCO2 in any of the biological and particulate analyses. Community respiration was relatively stable throughout the experiment in all mesocosms, and net community production was most of the time close to zero. Similarly, POC concentrations were not affected by acidification during the whole experimental period. Such as the global ocean, the Mediterranean Sea has an oligotrophic nature. Based on present results, it seems likely that seawater acidification will not have significant effects on photosynthetic rates, microbial metabolism and carbon transport.

Genetic structure and connectivity between populations of two common Mediterranean sessile invertebrates

Population genetic and phylogeography of two common mediterranean species were studied in 10 localities located on the coasts of Toscana, Puglia and Calabria. The aim of the study was to verify the extent of genetic breaks, in areas recognized as boundaries between Mediterranean biogeographic sectors. From about 100 sequences obtained from the mitochondrial Cytochrome Oxidase subunit I (COI) gene of Halocynthia papillosa and Hexaplex trunculus genetic diversity, genetic structure at small and large distances and demographic history of both specieswere analyzed. No evidences of genetic breaks were found for the two species in Toscana and Puglia. The genetic structure of H. trunculus evidences the extent of a barrier to gene flow localized in Calabria, which could be represented by the Siculo-Tunisian Strait and the Strait of Messina. The observed patterns showed similar level of gene flow at small distances in both species, although the two species have different larval ecology. These results suggest that other factors, such as currents, local dynamics and seasonal temperatures, influence the connectivity along the Italian peninsula. The geographic distribution of the haplotypes shows that H. papillosacould represent a single genetic pool in expansion, whereas H. trunculus has two distinct genetic pools in expansion. The demographic pattern of the two species suggests that Pleistocene sea level oscillations, in particular of the LGM, may have played a key role in shaping genetic structure of the two species. This knowledge provides basic information, useful for the definition of management plans, or for the design of a network of marine protected areas along the Italian peninsula.

Effects of flooding on coastal vegetation and salt marshes

This thesis examines the effects of flooding on coastal and salt marsh vegetation. I conducted a field experiment in Bellocchio Lagoon to test the effects of different inundation periods (Level 1 = 0.468 or 11.23 hours; Level 2 = 0.351 or 8.42 hours; Level 3 = 0.263 or 6.312 hours; Level 4 = 0.155 or 3.72 hours; Level 5 = 0.082 or 1.963 hours; Level 6 = 0.04 or 0.96 hours) on the growth responses and survival of the salt marsh grass Spartina maritima in summer 2011 and 2012. S. maritima grew better at intermediate inundation times (0,351 hours; 0,263 hours, 0,115 hours; 0,082 hours), while growth and survival were reduced at greater inundation periods (0,468 hours). The differences between the 2011 and 2012 experiment were mainly related to differences in the initial number of shoots (1 and 5, respectively in 2011 and 2012). In the 2011 experiment a significant lower number of plants was present in the levels 1 and 6, the rhizomes reached the max pick in level 4, weights was major in level 4, spike length reached the pick in level 3 while leaf length in level 2. In the 2012 experiment the plants in level 6 all died, the rhizomes were more present in level 3, weights was major in level 3, spike length reached the pick in level 3, as well as leaf length. I also conducted a laboratory experiment which was designed to test the effects of 5 different inundation periods (0 control, 8, 24, 48, 96 hours) on the survival of three coastal vegetation species Agrostis stolonifera, Trifolium repens and Hippopae rhamnoides in summer 2012. The same laboratory experiment was repeated in the Netherlands. In Italy, H. rhamnoides showed a great survival in the controls, a variable performance in the other treatments and a clear decrease in treatment 4. Conversely T. repens and A. stolonifera only survive in the control. In the Netherlands experiment there was a greater variability responses for each species, still at the end of the experiment survival was significantly smaller in treatment 4 (96 h of seawater inundation) for all the three species. The results suggest that increased flooding can affect negatively the survival of both saltmarsh and coastal plants, limiting root system extension and leaf growth. Flooding effect could lead to further decline and fragmentation of the saltmarshes and coastal vegetation, thereby reducing recovery (and thus resilience) of these systems once disturbed. These effects could be amplified by interactions with other co-occurring human impacts in these systems, and it is therefore necessary to identify management options that increase the resilience of these systems.

Risposta delle comunità meio e macro bentoniche alla presenza di differenti tipologie di strutture di difesa costiera

Lo studio è stato effettuato nell’ambito del progetto Theseus; il mio lavoro mirava a valutare la risposta dei popolamenti meio e macrobentonici alla presenza di diverse tipologie di strutture di difesa costiera. Sono stati presi in esame a tal fine oltre al sito di campionamento di Cesenatico sud, con presenza di barriere emerse anche il sito di Cesenatico nord, con presenza di barriere semisommerse, per poter effettuare un confronto. Il campionamento è stato fatto nella zona intertidale dove sono stati prese oltre alle variabili biotiche di macro e meiofauna anche quelle abiotiche (granulometria e sostanza organica). Sono stati scelti sei transetti in maniera random, 3 livelli di marea fissi l’alta, la media e la bassa (H, M, L) e due repliche (A e B) per un totale di 36 campioni per ogni variabile presa in esame. Dopo la fase di trattamento dei campioni in laboratorio state fatte in seguito analisi univariate effettuando l’ANOVA sia sui dati biotici di abbondanza numero di taxa e indice di diversità di Shannon di macro e meiobenthos sia sulle singole variabili ambientali di TOM, mediana, classazione, shell mean (capulerio). Sono state fatte anche analisi multivariate; per quanto riguarda i dati biotici sono state effettuate analisi di MDS e PERMANOVA e per quanto riguarda le variabili dei dati abiotici è stata fatta l’analisi della PCA. Infine per effettuare un confronto tra le variabili ambientali e quelle biotiche è stata fatta anche l’analisi BIOENV. Dai risultati sono emerse delle differenze sostanziali tra i due siti con maggiore abbondanza e diversità nel sito di Cesenatico nord rispetto a quello sud. Sono state evidenziate anche differenze nei livelli di marea con una maggiore abbondanza nel livello di bassa marea rispetto alla media e all’alta soprattutto per quanto riguarda il sito di Cesenatico sud. Dal confronto tra i dati ambientali e quelli biotici ne è risultato che la variabile più strettamente correlata è quella del capulerio sia per quanto riguarda il pattern di distribuzione della macrofauna che della meio. Tale lavoro ha messo in evidenza come i popolamenti rispondano in maniera differente alla presenza di differenti barriere di difesa costiera che anche se simili nella loro struttura presentano dei differenti effetti che hanno sull’azione del moto ondoso, circolazione dell’acqua e trasporto di sedimenti portando così a differenti risposte nei patterns di distribuzione dei popolamenti.

Tendenza evolutiva degli aggregati mucillaginosi nell’Adriatico nord-occidentale

Nelle coste dell’Adriatico nord-occidentale il manifestarsi di eventi mucillaginosi, dovuti alla microalga Gonyaulax fragilis, negli ultimi anni ha assunto andamenti più frequenti. Ciò ha creato numerose problematiche sia ambientali che legate alle attività produttive. L’obiettivo del lavoro è quello di ricercare i fattori che influenzano la comparsa, lo sviluppo e la persistenza degli aggregati mucillaginosi nella fascia di mare studiata. Sono stati analizzati (per gli anni 2002 – 2003 – 2005 - 2012) i dati registrati dalle campagne di monitoraggio della Struttura Oceanografica Daphne - ARPA ER dal Po di Goro a Cattolica. Sono stati individuati 4 transetti e 12 stazioni di monitoraggio, le più adatte allo studio per via delle loro caratteristiche e della loro distribuzione spaziale. La salinità, la temperatura, la clorofilla “a” e la profondità sono state relazionate, attraverso analisi statistiche, alla presenza/assenza dell’evento mucillaginoso, alla sua intensità ed alla sua persistenza. I risultati indicano che la salinità e la densità dell’aggregato (quest’ultima legata alla profondità) influenzano sia lo svilupparsi che il progredire dell’evento mucillaginoso a differenza della clorofilla “a” e della temperatura. Lo studio attira anche l’attenzione sull’idrodinamismo e sulle condizioni “ecologiche” che possono favorire la comparsa della dinoflagellata Gonyaulax fragilis, fattori ritenuti fondamentali sia per gli aspetti conoscitivi della dinamica del fenomeno che per quelli previsionali.